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TEMA 7. CICLOS DE VAPOR PARA PRODUCCIÓN DE TRABAJO
CONTENIDOS:CONTENIDOS:
1. Aspectos Preliminares
2. El Ciclo de Rankine
3. Sobrecalentamiento y Recalentamiento
4. El Ciclo de Potencia Regenerativo
5. Características del fluido de trabajo y Ciclos binarios
2
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
El estudiante será capaz describir el esquema de un ciclo potencia de vapor.
Representar el ciclo Rankine en un diagrama T-s.
Justificar la utilización del condensador en una central térmica.
Describir las modificaciones que se realizan al ciclo ideal para aumentar el rendimiento térmico.
Utilizar el diagrama de Mollier para el cálculo de entalpías en la región de vapor sobrecalentado.
Opinar de los problemas sociales, económicos y medioambientales asociados a la producción de potencia en centrales térmicas.
7.1 ASPECTOS PRELIMINARES
MODELOS MATEMÁTICOS SIMPLES CONCLUSIONES CUALITATIVAS
SISTEMAS DE POTENCIA
CICLOS DE VAPOR
TURBINAS DE GAS
MOTORES DE COMBUSTIÓN INTERNA
C. HIDROELÉCTRICAS
E. RENOVABLES
PRODUCCIÓN E. ELÉCTRICAY MECÁNICA
3
7.1 ASPECTOS PRELIMINARES
1º PPIO: QCICLO = WCICLO
2º PPIO: ηt < 100% ↓IRREVERSIBILIDADES ↑ ηt
CONSIDERACIONES MEDIOAMBIENTALES: - CONTAMINACIÓN TÉRMICA- TRANSPORTE COMBUSTIBLE- EMISIÓN DE CONTAMINANTES
Consumo de energía final en España
4
Potencia instalada (sistema peninsular)
Origen E. Eléctrica España
5
6
7
7.2 EL CICLO RANKINE 7.2.1 PRINCIPALES TRANSFERENCIAS DE CALOR Y TRABAJO
CRITERIO: Transferencia positiva de energía en la dirección de las flechas
TURBINA:
−+
−+−+−= )()
2()(0 21
22
21
21 zzgCChhmWQ vcvc &&&
)( 21 hhmWt −=&
&
)( 32 hhmQs −=&
&
)( 34 hhmWb −=&
&
)( 41 hhmQe −=&
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BOMBA:
CONDENSADOR:
RENDIMIENTO TÉRMICO
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41
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mW
mW
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−=−=−
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RELACIÓN DE TRABAJOS
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21
34
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Wrw
t
b
−−
==
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&
8
7.2 EL CICLO RANKINE 7.2.2 EL CICLO DE RANKINE IDEAL
PROCESOS REVERSIBLES!!
PROCESO 1-2: EXPANSIÓN ISOENTRÓPICA
PROCESO 2-3: TRANSFERENCIA DE CALOR DESDE EL FLUIDO DE TRABAJO A PRESIÓN CONSTANTE
PROCESO 3-4: COMPRESIÓN ISOENTRÓPICA
PROCESO 4-1: TRANSFERENCIA DE CALOR HACIA EL FLUIDO DE TRABAJO A PRESIÓN CONSTANTE
∫=
4
3int_
vdpmW
rev
b&
&)( 343
int_
ppvmW
rev
b −≈
&&
7.2 EL CICLO RANKINE 7.2.3 EFECTOS DE LAS PRESIONES DE CALDERA Y
CONDENSADOR EN EL CICLO DE RANKINE
∫ −−−−−==
4
3int_
141_ acbÁREATdsmQ
rev
e&
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&&
)(232_)( 4132int_
ssTcbÁREAssTmQ
ssrev
S −=−−−−=−=
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e
s
rev
e
rev
s
TT
mQ
mQ
−=
−= 11
int
int
&&
&&
η
↑ Te ↑ ηt ↓Ts ↑ ηt
¿Por qué se incluye el condensador en una central térmica?
9
RANKINE VS CARNOT
ηRankine < ηCarnot
Limitaciones:
Rankine aprovecha mejor la energía de combustiónHay problemas para comprimir flujo bifásico
7.2 EL CICLO RANKINE 7.2.4 PRINCIPALES IRREVERSIBILIDADES Y PÉRDIDAS
OTRAS: - PÉRDIDAS DE CALOR- FRICCIÓN PÉRDIDAS DE PRESIÓN
- - SUBENFRIAMIENTO DEL LÍQUIDO CONDENSADO
IRREVERSIBILIDADES EXTERNAS:- - COMBUSTIÓN
- CALOR CEDIDO EN EL CONDENSADOR
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21
21
s
s
t
t
t hhhh
mW
mW
−−
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=
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&&
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34
34
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mW
mW
s
b
s
b
b −−
=
=
&&
&&
η
TURBINA:
BOMBA:
10
7.3 SOBRECALENTAMIENTO Y RECALENTAMIENTO
↑ Te ↑ ηt ↓x2↓ Ts ↑ ηt ↓x2
Si x2 < 0.9EROSIÓN DE LOS ÁLABES
SOLUCIÓN: SOBRECALENTAMIENTO
Si TMAX > 600ºCLIMITACIÓN
METALÚRGICA
SOLUCIÓN: RECALENTAMIENTO
DESARROLLO DE LA TÉCNICA: P>PCRITICA
7.3 SOBRECALENTAMIENTO Y RECALENTAMIENTO
11
7.4 EL CICLO DE POTENCIA REGENERATIVO CALENTADOR ABIERTO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN
BALANCE DE MASAS:
132 mmm &&& =+
11
3
1
2 =+mm
mm
&
&
&
& ymm
−=11
3
&
&
BALANCE DE ENERGÍA(CALENTADOR ABIERTO)
652 )1(0 hhyyh −−+=
52
56
hhhhy
−−
=
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))(1()( 4567 hhyhhmWb −−+−=&
&
)( 71 hhmQe −=&
&
))(1( 43 hhymQs −−=&
&
TRANSFERENCIAS DE ENERGÍA:
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7.4 EL CICLO DE POTENCIA REGENERATIVO CALENTADOR CERRADO DEL AGUA DE ALIMENTACIÓN
7.5 CICLOS BINARIOS
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